Ich habe in einem alten Buch mal eine Schaltung gefunden für einen
Chopper-Verstärker: Eine sehr kleine DC-Spannung wird mit einem invers
betriebenen Transistor, der als Schalter betrieben wird, zerhackt. Der
AC-Anteil der Spannung am Transistor wird in einem AC-Verstärker hoch
verstärkt und anschließend von einem Synchrongleichrichter wieder
gleichgerichtet und kann jetzt von einem Meßgerät angezeigt werden.
Bei dem invers betriebenen NPN Transistor sind Emitter und Collector
vertauscht. Dardurch soll die Sättigungsspannung bei durchgeschaltetem
Transistor besonder niedrig sein. Leider liegt mir das Buch nicht mehr
vor, ist 30 Jahre her...
Die Schaltung vertehe ich prinzipiel, nur das ein invers betriebener
Transistor eine besonders niedrige Sättigungsspannung haben soll, ist
mir nicht ganz klar. Wird bei einem Transistor Emitter und Collector
vertauscht, sollte der Transistor eigentlich ganz normal weiter
funktionieren. Nur ist jetzt die Verstärkung weitaus geringer und die
maximale Spannung ist auf ca. 6V begrenzt, weil die jetzt als
Basis-Collector-Diode geschaltetet Basis-Emitter-Diode nur eine
Durchbruchsspannung von um die 6V hat.
Kann jemand etwas dazu beisteuern?
@Tinky Winky:
Ich hab's mal simuliert. Den Kondensator, den Verstärker und den
Basiswiderstand habe ich weggelassen und dafür die Basis an eine
Stromquelle geschaltet.
Der Transistor ist ein BC847C, der Kollektor- bzw. Emitterwiderstand
5kΩ, die Eingangsspannung (in deinem Bild mit DC gekennzeichnet) 100mV
und der Basisstrom im 0..1mA bzw. 1..10mA. Die rote Linie zeigt Uce im
Normal-, die blaue Uec im Inversbetrieb.
Damit man die kleinen Spannungen besser ablesen kann, habe ich noch ein
logarithmisches Diagramm mit erweitertem Basisstrombereich angehängt. Am
rechten Ende dieses Diagramms liegt zwischen den beiden Spannungswerten
immerhin schon ein Faktor von 60.
Die Sättigungsspannung im Inversbetrieb ist also tatsächlich deutlich
kleiner.
Heute hat allerdings ein guter Operationsverstärker schon ohne Chop und
Autozero eine Offsetspannung, die deutlich unterhalb der Emitter-
Kollektor-Sättigungsspannung des Transistors liegt, so dass man kaum
noch auf solche Tricks zurückgreifen wird.
@Yalu:
Recht vielen Dank für deinen wirklich kompetenten Beitrag.
Bin selber garnicht auf die Idee gekommen, das zu simulieren.
Habe gedacht, das das eventuel nur bei Ur-alt-Transistoren so ist, das
die Sättigungsspannung im Inversbetrieb kleiner ist. Habe nicht
geglaubt, das das simulierbar ist.
Kannst du eventuel die ASC-Datei deiner Simulation posten?
Mit welchem Programm simulierst du?
LTSpice?
Erst noch eine Korrektur der an meinen letzten Beitrag angehängten Simu-
lationsdiagramme: Der dort verwendete Transistor war nicht der BC847C,
sondern der Defaulttransistor von Spice, der deutlich andere Parameter
hat. Es gab ein Problem beim Einlesen des Transistormodells, und ich
hatte die Fehlermeldung nicht beachtet :-/
Im Anhang sind die Diagramme mit dem "richtigen" BC847C. Das Transistor-
modell ist von NXP:
http://www.nxp.com/models/spicespar/data/BC847C.html> Mit welchem Programm simulierst du?> LTSpice?
Nein, ngspice.
> Kannst du eventuel die ASC-Datei deiner Simulation posten?
Nein, aber die Eingabedatei für ngspice im Spice-3-Format:
1
Sättigungsspannungstest
2
.include bc847c.mod
3
4
* Eingangsspannung
5
vin vin 0 100mV
6
7
* Erster Transistor im Normalbetrieb
8
q1 uce1 b1 0 qbc847c
9
rc1 vin uce1 5kΩ
10
11
* Zweiter Transistor im Inversbetrieb
12
q2 0 b2 uec2 qbc847c
13
re2 vin uec2 5kΩ
14
15
* Basisstromquellen, die erste wird variiert, die zweite folgt der ersten
16
vd 0 vd 0V
17
ib1 vd b1 0
18
fb2 0 b2 vd 1S
19
20
.control
21
* lineares Diagramm von 0 bis 1mA
22
dc ib1 0 1mA 0.1uA
23
plot uce1 uec2 vs i(vd) xlabel 'IB'
24
25
* logarithmisches Diagramm von 1uA bis 10mA
26
dc ib1 1uA 10mA 1uA
27
plot uce1 uec2 vs i(vd) xlabel 'IB' loglog
28
.endc
29
.end
Ich weiß nicht, ob das ASC-Format von LTSpice dazu abwärtskompatibel
ist. Aber irgendwie wird es sicher möglich sein, diese Datei einzulesen,
da LTSpice ja auf Spice 3 aufbaut. Ein gezeichneter Schaltplan ist in
der Datei nicht enthalten, dafür aber ein paar Kommentare ;-)
Bei Gelegenheit werde ich auch mal LTSpice installieren.
yalu schrieb:
> Erst noch eine Korrektur der an meinen letzten Beitrag angehängten Simu-> lationsdiagramme: Der dort verwendete Transistor war nicht der BC847C,> sondern der Defaulttransistor von Spice, der deutlich andere Parameter> hat. Es gab ein Problem beim Einlesen des Transistormodells, und ich> hatte die Fehlermeldung nicht beachtet :-/>> Im Anhang sind die Diagramme mit dem "richtigen" BC847C. Das Transistor-> modell ist von NXP:>> http://www.nxp.com/models/spicespar/data/BC847C.html>>> Mit welchem Programm simulierst du?>> LTSpice?>> Nein, ngspice.>>> Kannst du eventuel die ASC-Datei deiner Simulation posten?>> Nein, aber die Eingabedatei für ngspice im Spice-3-Format:>>
1
> Sättigungsspannungstest
2
> .include bc847c.mod
3
>
4
> * Eingangsspannung
5
> vin vin 0 100mV
6
>
7
> * Erster Transistor im Normalbetrieb
8
> q1 uce1 b1 0 qbc847c
9
> rc1 vin uce1 5kΩ
10
>
11
> * Zweiter Transistor im Inversbetrieb
12
> q2 0 b2 uec2 qbc847c
13
> re2 vin uec2 5kΩ
14
>
15
> * Basisstromquellen, die erste wird variiert, die zweite folgt der
16
> ersten
17
> vd 0 vd 0V
18
> ib1 vd b1 0
19
> fb2 0 b2 vd 1S
20
>
21
> .control
22
> * lineares Diagramm von 0 bis 1mA
23
> dc ib1 0 1mA 0.1uA
24
> plot uce1 uec2 vs i(vd) xlabel 'IB'
25
>
26
> * logarithmisches Diagramm von 1uA bis 10mA
27
> dc ib1 1uA 10mA 1uA
28
> plot uce1 uec2 vs i(vd) xlabel 'IB' loglog
29
> .endc
30
> .end
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>
>> Ich weiß nicht, ob das ASC-Format von LTSpice dazu abwärtskompatibel> ist. Aber irgendwie wird es sicher möglich sein, diese Datei einzulesen,> da LTSpice ja auf Spice 3 aufbaut. Ein gezeichneter Schaltplan ist in> der Datei nicht enthalten, dafür aber ein paar Kommentare ;-)>> Bei Gelegenheit werde ich auch mal LTSpice installieren.
View -> SPICE Netlist
So sieht die Netzliste für LTspice aus.
Die könnte man als name.cir speichern und dann direkt mit LTspice
ausführen.
* Inversbetrieb
Q1 ce1 b1 0 0 QBC847C
Q2 0 b2 ec2 0 QBC847C
Rc1 N001 ce1 5k
Re2 N001 ec2 5k
Ib1 N002 b1 1µ
V1 N001 0 100m
Vd 0 N002 0
Fb2 0 b2 Vd 1
.dc dec Ib1 1u 10m 100
.include BC847C.mod
.end
Ein Schaltplan ist natürlich übersichtlicher.
Siehe Anhang ".asc".
In der .plt Datei befinden sich die Ploteinstellungen.
Inhalt von BC847C.mod
.MODEL QBC847C NPN
+ IS = 2.375E-14
+ NF = 0.9925
+ ISE = 5.16E-16
+ NE = 1.3
+ BF = 524.9
+ IKF = 0.09
+ VAF = 49.77
+ NR = 0.9931
+ ISC = 7.064E-12
+ NC = 1.78
+ BR = 10.04
+ IKR = 0.132
+ VAR = 16
+ RB = 10
+ IRB = 5E-06
+ RBM = 5
+ RE = 0.653
+ RC = 0.78
+ XTB = 0
+ EG = 1.11
+ XTI = 3
+ CJE = 1.132E-11
+ VJE = 0.7685
+ MJE = 0.3733
+ TF = 4.258E-10
+ XTF = 6.319
+ VTF = 6.4
+ ITF = 0.1845
+ PTF = 0
+ CJC = 3.379E-12
+ VJC = 0.5444
+ MJC = 0.3968
+ XCJC = 0.6193
+ TR = 9.5E-08
+ CJS = 0
+ VJS = 0.75
+ MJS = 0.333
+ FC = 0.999
.ENDS
Hallo Tom,
>hm, wozu dient eigentlich der Kondensator in dieser Schaltung?
Die Idee des Choppens ist es ja, eine Gleichspannung in eine
Wechselspannung zu verwandeln, um auf diese Weise den Einfluß von
Offsetspannungen der nachfolgenden Elektronik in Schach zu halten.
Mit dem Kondensator eliminierst du den DC Anteil, der durch das Choppen
selbst entsteht und verwandelst das Eingangssignal in ein reines
Wechselspannungssignal. Die nachfolgende Elektronik braucht dann nur
noch ein Wechselspannungssignal zu verstärken ohne die eigene (eventuell
hohe!) Offsetspannung mit zu verstärken!
Kai Klaas
Hallo Tinky Winky,
>Kann jemand etwas dazu beisteuern?
Ich bringe hier mal eine konkrete Schaltung mit einem invers betriebenen
NPN-Transistor. Es handelt sich um einen Sinus-Burst-Generator aus den
80igern. Der invers geschaltete Transistor wird verwendet, um in einem
invertierenden Verstärker den Gegenkopplungswiderstand periodisch kurz
zu schließen. Am Eingang der Schaltung wird ein Sinus mit einer
Amplitude von 2V eingekoppelt, stammend aus einem XR2206.
Wie eine Simulation mit TINA zeigt, bricht das Ausgangssignal auf rund
3mV zusammen. Dies entspricht einem Widerstand der
Kollektor-Emitter-Strecke von rund 15 Ohm. Nicht schlecht im Vergleich
zu einem CD4066, der rund 120 Ohm hat, oder?
Jetzt kommt das Merkwürdige: Wenn ich den BC547 nicht invers schalte,
ändert sich an dem Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke gar nichts,
es entsteht lediglich zusätzlich ein unerwünschter Offset von rund -6mV!
Vielleicht mag das ja jemand mal mit LTspice gegenrechnen?
Kai Klaas
